青少年机器人技术一级考试备考重点（三）：简单机械 简单

随着机器人技术的飞速发展，越来越多的青少年开始关注并参与其中。青少年机器人技术考试作为一项评估学生机器人技术水平的重要考试，备受广大青少年和家长的关注。为了更好地备战青少年机器人技术一级考试，了解考试的学习要点和备考重点是非常必要的。本文将介绍青少年机器人技术一级考试的学习要点，包括机器人基础知识、编程基础知识、机械结构基础知识等。希望本文能够为广大青少年机器人爱好者提供帮助和指导，顺利通过一级考试，进一步提高机器人技术水平。

1.斜面
斜面，是指与水平方向有不为零的夹角的平面。
斜面是一种简单机械，可用于克服垂直提升重物的困难，省力但是 费距离。

斜面的工作原理：
斜面与平面的倾角越小，斜面较长，则省力越大，但费距离。斜面 与平面的倾角越大，斜面较短，则省力越小，但省距离。

从底面爬到最高处，延直线1，路程短，但费力；延直线2，路程长, 但省力。

斜面在生活中有广泛的应用，如盘山公路、搬运滚筒、螺丝钉、斜 面传送带等。

2.楔形
楔是斜面的应用，原指上厚下薄的小木槻，在结构中表示一头尖一 头稍粗的物品。如下图所示。

生活中的斧头，钉子都是楔形。都是斜面的应用，为了更加省力。

3.螺旋
螺旋是一种简单机械，是斜面的变形。

第一个描述螺旋物的人是希腊科学家阿基米德。阿基米德螺旋是一 个装在木制圆筒里的巨大螺旋状物，如图所示，它用来把水从一个 水平面提升到另一个水平面，对田地进行灌溉。这个东西的真正发明者并非阿基米德本人，他只是描述了这种己经存在的东西。

阿基米德螺旋可能是古代埃及的能工巧匠们设计并在尼罗河两岸的灌溉中使用的。

4.杠杆
古希腊科学家阿基米德有这样一句流传很久的名言：“给我一个支 点，我就能撬起整个地球! ”这句话便是说杠杆原理。

杠杆的定义是能绕某一固定点转动的杆，对于跷跷板来说，跷板这个杆能够绕支架上的点旋转，而扳手这个杆能够绕螺丝的中心轴旋转。 在杠杆结构中，那个固定的点称为支点。支点两边力的关系是

一边的重量X物体到支点的距离=另一边重量X另一边物体

杠杆原理的五要素是：
动力：使杠杆转动的力叫做动力，施力的点叫动力作用点。
动力臂：从支点到动力作用线的垂直距离叫做动力臂。
支点：杠杆绕着转动的固定点叫做支点。
阻力：阻碍杠杆转动的力叫做阻力，施力的点叫阻力作用点。 
阻力臂：从支点到阻力作用线的垂直距离叫做阻力臂。
说明：通过力的作用点沿力的方向的直线叫做力的作用线。

杠杆的分类
生活中的杠杆按照施加动力的大小分为省力杠杆、费力杠杆和等臂
杠杆。三者具体的比较如下表标：

杠杆的应用
我们在生活中应用杠杆原理的时候并不是都要使用省力杠杆，而是 要看具体的情况，有些情况下是为了省力，而有些情况下是为了节省距 离。为了省力，就应该用动力臂比阻力臂长的杠杆；如欲省距离，就应 该用动力臂比阻力臂短的杠杆。

在杠杆结构中要想省力，就必须多移动距离；要想少移动距离，就 必须多费些力。要想又省力而又少移动距离，是不可能实现的。下面我 们就来列举一些生活中常见的杠杆结构，大家可以分析一下其中包含的杠杆五要素。

费力杠杆：镶子、钓鱼竿、筷子等费力杠杆的应用主要是为了省距离。

等臂杠杆：天平，主要用于测量两侧物体质量。

5.滑轮
由可绕中心轴转动有沟槽的圆盘和跨过圆盘的柔索（绳、胶带、钢 索、链条等）所组成的可以绕着中心轴旋转的简单机械叫做滑轮。滑轮 是可以用来提升重物并能省力的简单机械，滑轮有动滑轮和定滑轮之分。

定滑轮
定滑轮是中心轴的位置固定不变的滑轮，定滑轮具有以下特点：
1.改变力的方向。如图6. 5所示，如果想让物体上升，那就要向下施力。

定滑轮改变力的方向是可以根据实际情况来确定的，并不一定是反 方向，如图6. 6中展示的是两个不同的施力方向。这两个力的大小是一样的:

2.不改变力的大小，不省力也不费力。
3.施力端运动距离和物体上升距离相同。

定滑轮原理
定滑轮实质上是-个等臂杠杆。如图6. 7所示，定滑轮中心的轴就 是这个等臂杠杆的支点，重物端的滑轮圆边上为阻力点，势力端的滑轮 圆边为动力点。此时，无论什么方向拉动绳子阻力臂都与动力臂相当， 都是滑轮的半径，所以定滑轮是等臂杠杆。

动滑轮
中心轴的位置随着被拉物体一起运动的滑轮叫动滑轮。动滑轮的特 点是：

1.不改变力的方向，如图6. 8所示，想要让物体向上，就要向上拉倒物 体，图中，动滑轮的F乙的方向向上，物体向上运动。而定滑轮的F甲的方 向向下时，物体是向上运动的。

2.改变力的大小，如前图竖直向上用力时，力的大小为重物的一半，所 以省了一半力。

3.施力端上升距离为物体上升距离的二倍。

动滑轮的原理：
动滑轮的实质是一个省力杠杆，如图6. 9所示，动滑轮的中心轴拉着 重物的为阻力点，施力端的圆边为动力点，而支点为左侧圆的边界，此时 动力臂的长度是圆的直径，而阻力臂的长度是圆的半径，所以动力臂是 阻力臂的两倍，所以动滑轮省力，且动力是阻力（物体的重量）的一半。

思考：动滑轮中，施力方向不是竖直向上的，而是斜向上的，力的大小是否也是物体重量的一半呢？
 

滑轮组
滑轮组是由多个动滑轮和定滑轮组成的机构。如图6. 10中两个滑 轮就是组合在一起的。

滑轮组的特点是：
1.定滑轮可以改变力的方向，但不能省力地拉动物体。动滑轮不可以改 变力的方向，但能省一半的力地拉动物体。滑轮组结合了定滑轮和动滑 轮，这样既可以改变力的方向，又能很省力地拉动物体。

2.滑轮组用几段绳子吊着物体，提起物体所用的力就是总重的几分之一。 绳子的自由端绕过动滑轮的算一段，而绕过定滑轮的就不算了 o如图6.11 所示，绳子的段数只计算绕过动滑轮的绳子，在图中左侧的滑轮组中是 4段绳子，所以F是物体总重量的四分之一。

3.使用滑轮组虽然省了力，但费了距离，施力端移动的距离会比重物移动的距离大很多。比如图6.11中最左边的滑轮组，虽然施力是物体重量的四分之一，但移动的距离也延长了四倍。

6.轮轴
这种能绕共同轴线旋转的机械，叫做轮轴。在轮轴中外环叫轮，内环叫轴。轮轴两个环是同心圆。

轮轴的实质实际是一个能够连续旋转的杠杆。这个杠杆的支点就在 轴线上，轮轴在转动时轮与轴有相同的转速，动力点就是轮的外圆，而 阻力点就是轴的外圆（阻力臂就是轴的半径），所以当动力作用在轮上 则轮轴为省力杠杆，轮和轴的半径相差越大则越省力，但越费距离。动力 作用在轴上则轮轴为费力杠杆，轮和轴的半径相差越大则费力，但越省距离。